水电厂直流系统改造研究

2013-08-15张瑞勇

中国新技术新产品 2013年20期

张瑞勇

（黑龙江省电力有限公司牡丹江水力发电总厂，黑龙江牡丹江 157006）

在水电厂设备中，直流系统在正常情况下为控制信号、继电保护、自动装置、断路器跳合闸操作回路等提供可靠的直流电源，若交流电源消失事故情况下为事故照明、UPS电源等提供直流电源。直流系统可靠与否对发电厂和变电所的安全运行起着至关重要的作用，是安全运行的保证。

1 直流系统改造前概况

莲花发电厂于1996年投产发电，共有蓄电池组4套，单体蓄电池232块，蓄电池采用的是深圳华达电源有限公司生产的3GFM2-830型阀控式密封蓄电池，直流充电设备采用可控硅整流充电装置，已运行十余年，在两次核对容量充放电过程中发现220V及24V蓄电池容量严重不足，并且蓄电池本体多数电池发生电池鼓胀、正负极接线柱开裂现象，已不能满足现场安全、稳定、高效的使用要求，更不利于莲花发电厂设备的运行安全。因此，莲花发电厂对220V及24V蓄电池组进行了更换改造。按照说明书，蓄电池在正常使用寿命是15年，而莲花发电厂蓄电池组实际使用13年，蓄电池已不能继续使用，说明莲花发电厂在蓄电池以及直流系统的管理上存在着不足。

2 改造前存在的问题

2.1 直流充电设备老旧，莲花发电厂直流充电设备采用的是可控硅整流充电原理，波纹系数相对较高、抗干扰性能差、体积大、效率低、监控系统不完善。

2.2 调压装置复杂、故障几率多，需要手动调节。

2.3 每套24V蓄电池组各有12块单体电池组成，每块单体电池电压为2.25V，蓄电池组端电压为27V，但是由于蓄电池组与充电装置之间存在着较大的电缆压降，充电装置的电压给定值已经达到上限（上限值即为27V），在实际运行中蓄电池组端电压最高只能达到26.5V左右，无法满足浮充电压的要求。

2.4 按照黑龙江省电力有限公司2007年下发的“反措”通知：应将采用可控硅整流原理的充电屏更换为高频开关电源。

2.5 蓄电池室环境不满足工作要求，温度问题严重影响蓄电池的使用寿命，不利于莲花发电厂厂主辅设备的安全运行。

2.6 莲花发电厂220V、24V直流充电屏的交流电源输入均为单路，在厂用电检修或停电时充电屏将失去交流输入电源，使部分蓄电池组处于放电状态，公用电3D停电时，220V直流Ⅰ段将失去交流电源。为解决这个问题，莲花发电厂曾经进行过电源改造，从直流室4D7进线引入电缆至公用充电屏，公用电3D停电时，可以由公用电4D7给公用充电屏供电，保持220V直流Ⅰ段及蓄电池组的正常运行。但是存在以下问题：220V直流Ⅱ段充电屏和公用充电屏交流电源均取自公用电4D7，电源单一，不能满足安全运行的需要。

3 直流系统改造

3.1 设备选型

按照黑龙江省电力有限公司2007年下发的“反措”通知要求，将采用可控硅整流原理的充电屏更换为高频开关电源系统，装置由交流电源部分、整流部分、直流馈电部分、监控部分组成。其中交流电源部分主要由交流电源单元组成；整流部分由充电模块和隔离二极管组成；直流馈电部分由降压硅链、绝缘监测、合闸分路和控制分路组成；监控部分由监控模块和电源监控组成。高频开关电源具有安全、可靠、自动化程度高、具有更小的体积和重量、综合效率高以及噪音低等优点。装置的监控系统增加了电力电池检测仪，可实时显示蓄电池组的电压、电流、容量，单体电池电压、最高单体、最低单体等，简单明了，减轻了运行人员蓄电池单体电池电压的测量工作量.电压调节器的作用是自动或受到控制硅堆的投入或退出，用于将合闸母线上的较高电压降压后输出到控制母线上。电压调节器为手动模式或自动模式。自动模式时，由控制电路控制输出电压；解决了以前调压装置只能手动运行和24V蓄电池组浮充电压给定值限制等问题。

3.2 增加交流电源

从厂用电系统3号厂用电和4号厂用电铺设电缆至直流室，使每套充电屏均为双路电源。整流装置的交流电源有两路输入，正常时通过交流切换控制电路选择其中的一路输入，并通过交流电源单元给各个充电模块供电。充电模块将三相交流电转换为220V的直流，经隔离二极管隔离后并联输出，一方面给蓄电池组充电，另一方面通过馈电屏的合闸分路和控制分路给负载提供正常的直流电源。两路交流电源的选择可以实现自动切换，也可以进行手动切换，由设置在屏面的电源选择切换开关实现。自动切换功能相对独立，无需监控单元参与。

3.3 改善蓄电池室环境

蓄电池室环境应保证清洁、干燥、通风良好、无阳光，长年的温度保持在15～35℃，最好是25℃。温度与浮充电压、均充电压、容量，寿命密切相关。而莲花发电厂蓄电池室夏天时阳光充足，屋里闷热，温度可达35℃以上，冬季用电暖器保温，电暖器年久失修发热量不够，温度在10℃左右。为解决环境温度对蓄电池组的影响，莲花发电厂采取了如下措施：更换了蓄电池室效率不高的老旧电暖器，增强了冬季供暖；在蓄电池室安装了空调，增强了夏季通风；给窗户安装窗帘，避免阳光引起高温；并将将蓄电池室内温度、电暖器、空调运行情况列入到《直流系统运行规程》的巡视检查项目中，要求运行人员加强巡视检查，保持蓄电池温度在20～25℃之间。